深埋巖溶對隧道安全影響分析及自治技術研究.pdf

1、在復雜巖溶地區(qū)修建長大隧道是一個世界性的技術難題。巖溶隧道的設計施工中存在一系列的風險和困難：富水高水壓地段的隧道襯砌受力規(guī)律很難把握；施工階段的突水、突泥也對施工安全和進度造成很大威脅；分布于路基面下的巖溶及襯砌外的高水壓都給運營安全留下隱患。宜萬鐵路是我國鐵路路網“八縱八橫”主骨架之一，是川漢鐵路(滬-漢-蓉)快速通道的重要組成部分，是百年來建設的重要通道，是連接我國東中部地區(qū)的重要交通紐帶。宜萬鐵路穿越地區(qū)巖溶非常發(fā)育，巖溶地下水

2、的水位、巖溶洞穴與巖溶管道的高程遠低于當地排泄基準，使得本區(qū)的隧道工程總體處于深埋和高水壓的大背景，深埋巖溶具有的高隱蔽性、高壓性使得隧道施工非常困難和危險。
　　論文緊密依托宜萬鐵路八座Ⅰ級風險巖溶隧道中的野三關、大支坪隧道深入研究深埋巖溶形成的條件、特征及對隧道施工運營的影響規(guī)律，在此基礎上提出巖溶處治的原則和技術，主要研究內容和成果如下：
　　(1)從資料調研和工程實踐入手研究深部巖溶形成的條件、發(fā)育特點以及涌突水的機

3、理，提出隧道所處巖溶地下水動力剖面分帶位置及構造位置決定了隧道巖溶涌水在空間上的分布，并在此基礎上建立了深埋巖溶涌突水模型。通過地表巖溶調查、示蹤試驗等手段對野三關隧道巖溶的發(fā)育特征進行了研究，分析了野三關隧道典型巖溶的發(fā)育情況及特征，并對其突水的地質因素進行了分析。
　　(2)通過調研和現場實踐研究了不同巖溶類型的水壓、溶洞充填物性質、溶洞與地表的水力連通性等對隧道施工的影響，分析了巖溶突水的最可能工序，指出了高壓富水充填溶腔對

4、隧道施工的危害最大，并分析了隧道與溶洞間巖層破壞的機理；通過理論和數值分析提出了巖溶位置、規(guī)模對隧道施工的影響；提出隧道與溶洞之間的巖層真正能起阻水作用的是其中完整的巖層，隧道與溶洞之間的巖體厚度達到1倍的隧道直徑時，溶洞對隧道圍巖的變形速率影響較小；在經驗類比、理論分析、數值試驗基礎上，緊密結合現場實踐，提出了巖溶隧道掌子面揭穿溶洞時的安全巖盤厚度，并將其應用于野三關、大支坪隧道工程實踐。
　　(3)系統(tǒng)論述了巖溶隧道初始水壓力

5、計算方法，提出了巖溶隧道襯砌水壓力計算方法，分析了注漿對襯砌水壓力及排水量的影響規(guī)律，提出了合理的注漿范圍；并通過完全模擬真實水土荷載的大型三維模型試驗，研究了不同排放條件下襯砌水壓的分布規(guī)律，提出了即使在全排水條件下，隧道襯砌仍承受由于水作用引起的部分水壓力，在全排水情況下完全不考慮水壓力的計算方法是不安全的。通過對現場監(jiān)測數據分析及時掌握了施工過程中降雨量、溶腔涌水量及典型斷面襯砌的水壓特征，收集了通車后襯砌的水壓極值數據，表明襯砌

6、所受水壓不大，低于設計值。提出了在長期運營中還應重視降雨量、排水量的變化與襯砌水壓關系的研究。
　　(4)在理論一實踐.再理論.再實踐的不斷探索中，研究提出了巖溶隧道施工超前地質預報的范圍，提出了巖溶隧道超前地質預報原則；提出了突水防治原則、溶腔處治原則、安全施工原則、環(huán)境保護原則，提煉總結出一套系統(tǒng)的巖溶隧道處治技術；針對不同類型的巖溶，提出了合理處治各種類型巖溶的措施，為巖溶隧道的安全施工和運營提供了保障。
　　(5)提

7、出在巖溶地區(qū)，為了增設工作面，設置斜井的風險很大。通過工程實例說明，斜井將隧道不同含水層連通，造成斜井涌水量很大，給施工帶來很大風險，經濟投入很大。因此，巖溶或含水豐富地層在輔助導坑設置上，應摒棄斜井，而是設置平導，這在增加工作面、減少排水、降低施工風險方面優(yōu)勢極為突出。另外對于侵入隧道的富水巖溶，必須設置排放通道維持其流動體系，并將排放通道與泄水洞形成排水的永久結構體系，確保運營的長期安全。
　　(6)野三關隧道、大支坪隧道地質